Малые холодильные машины

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего образования

«Казанский национальный исследовательский

технологический университет»

И. И. Шарапов, Ф. Р. Карибуллина

МАЛЫЕ ХОЛОДИЛЬНЫЕ 

МАШИНЫ

Учебно-методическое пособие

Казань

Издательство КНИТУ

2019

УДК 621.56(075)
ББК 31.392я7

Ш25

Печатается по решению редакционно-издательского совета 

Казанского национального исследовательского технологического университета

Рецензенты:

д-р техн. наук Б. А. Снегирев

нач. цеха холода и кислорода ПАО «Казаньоргсинтез» Д. Е. Быков

Ш25

Шарапов И. И. 
Малые холодильные машины
: учебно-методическое пособие / 

И. И. Шарапов, Ф. Р. Карибуллина; Минобрнауки России, Казан. нац. 
исслед. технол. ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ, 2019. – 88 с.

ISBN 978-5-7882-2667-5

Рассмотрены основные типы малых холодильных машин, описаны 

конструкции компрессоров, теплообменных аппаратов, вспомогательного 
оборудования малых холодильных машин и установок, методики испытания 
и получения характеристик ряда холодильных машин.

Предназначено для бакалавров очной и заочной форм обучения, про
ходящих подготовку по направлению 15.03.02 «Технологические машины и 
оборудование», профиль «Компрессорные машины и установки», изучающих 
дисциплину «Холодильные машины и установки» 

Подготовлено на кафедре компрессорных машин и установок.

ISBN 978-5-7882-2667-5
© Шарапов И. И., Карибуллина Ф. Р., 2019
© Казанский национальный исследовательский 

технологический университет, 2019

УДК 621.56(075)
ББК 31.392я7

Введение

К малым холодильным машинам относятся машины холодо
производительностью в среднем до 15 кВт. К ним относятся торговое холодильное оборудование, бытовые холодильники, кондиционеры. В данном классе оборудования используются преимущественно парокомпрессионные холодильные машины, рабочий цикл 
которых состоит из следующих основных процессов: сжатие рабочего тела (хладагента) в компрессорной машине, конденсация хладагента в конденсаторе за счет отвода теплоты от хладагента 
в окружающую среду (к горячему источнику) дросселирование хладагента в дроссельном устройстве, кипение хладагента в испарителе 
за счет подвода теплоты от охлаждаемой среды (холодного источника). Рабочее тело совершает обратный термодинамический цикл, 
в котором теплота от холодного источника передается горячему, 
для чего необходимо затратить работу.

В данном учебно-методическом пособии рассмотрены типо
вые конструкции основных узлов малых холодильных машин, характеристики хладагентов, представлен лабораторный практикум 
по испытаниям бытового холодильника, торгового холодильного 
агрегата, льдогенератора, а также по изучению вихревого эффекта 
охлаждения.

1. ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАЛЫХ 

ХОЛОДИЛЬНЫХ УСТАНОВОК

1.1. Принцип работы парокомпрессионных 

холодильных машин

На рис. 1.1 представлены принципиальная схема и цикл одно
ступенчатой холодильной машины с дросселированием в области 
влажного пара и всасыванием сухого насыщенного пара [7, 9, 15]. Холодильная машина состоит из четырех основных элементов: компрессора КМ, конденсатора КД, регулирующего (дроссельного) вентиля 
РВ и испарителя И, соединенных трубопроводами в замкнутую герметичную систему, в которой циркулирует холодильный агент.

В основе искусственного охлаждения в цикле парокомпресси
онной холодильной машины (ПКХМ) лежит процесс фазового перехода хладагента при его кипении в испарителе И, в результате которого 
жидкий холодильный агент переходит в парообразное состояние, отводя в единицу времени определенное количество теплоты Q0 от объекта охлаждения – источника низкой температуры (ИНТ). Теплоту Q0
принято называть холодопроизводительностью холодильной машины 
и выражать в кВт.

Необходимым условием осуществления теплообмена хла
дагента с ИНТ является то, что температура кипения t0 должна 
быть ниже температуры ИНТ. Далее теплота Q0 должна быть 
передана источнику высокой температуры (ИВТ) – окружающей 
среде. Согласно второму закону термодинамики такой процесс 
невозможен без затрат энергии. В ПКХМ механическая работа Lкм
затрачивается в компрессоре, где за счет сжатия паров рабочего 
вещества повышается его давление и температура. В конденсаторе 
КД 
тепло 
в 
количестве 
Qк = Q0 + Lкм
передается 
ИВТ 

(атмосферному воздуху или воде), при этом для осуществления 
теплообмена температура конденсации tк
должна превышать 

температуру ИВТ. Температурам кипения t0 и конденсации tк
соответствуют давления кипения p0 и конденсации  pк.

Рис. 1.1. Принципиальная схема и цикл работы 

парокомпрессионной холодильной машины

Рабочие процессы в холодильной машине идут следующим об
разом (рис. 1.1). Хладагент в виде сухого насыщенного пара изоэнтропно сжимается в компрессоре КМ (процесс 1 – 2), при этом давление хладагента повышается от р0 до рк. Горячие пары высокого давления направляются в конденсатор КД, где вначале происходит их охлаждение до температуры насыщения (сбив перегрева – процесс 2 – а), 
а затем конденсация (процесс а – 3). Процесс 2 – 3 протекает практически при постоянном давлении рк, за исключением небольшого перепада, необходимого для преодоления гидравлического сопротивления 
трубопроводов и конденсатора. Далее жидкий хладагент в насыщенном состоянии (точка 3) при давлении рк поступает в регулирующий 
вентиль РВ, где в результате дросселирования (эффект Джоуля–
Томсона) происходит понижение его давления с рк до р0, а следовательно, падает и его температура от температуры конденсации tк до 
температуры кипения t0. Процесс дросселирования 3 – 4 условно 
изображается линией постоянной энтальпии (изоэнтальпой). В результате этого процесса часть жидкого хладагента превращается в пар. 
В конце дросселирования (точка 4) хладагент представляет собой 
влажный пар, степень сухости которого x4 может быть определена из 
диаграммы lgp − h (рис. 1.1). Регулирующий вентиль установлен 
непосредственно на входе в испаритель. Таким образом, хладагент после дросселирования поступает в испаритель И, где происходит кипение жидкой фазы за счет подвода теплоты Q0 от ИНТ. Процесс 4 – 1 
происходит при постоянных давлении p0 и температуре t0. Хладагент 
из испарителя И в состоянии насыщенного пара (точка 1) поступает в 
компрессор и цикл замыкается.

1.2. Торговое холодильное оборудование

Торговое холодильное оборудование включает в себя такие 

типы, как витрины, прилавки, шкафы, камеры [2, 6, 8, 11, 13]. 

Оборудование предназначается для кратковременного хранения, 

демонстрации и продажи скоропортящихся продуктов при пониженных температурах. По температурному режиму оборудование выполняют в двух вариантах: для хранения охлажденных продуктов при 
температуре 0...8 °С и замороженных (при температуре −18 °С и ниже). По климатическому исполнению оборудование изготовляют в 

обычном и южном вариантах. Для южных районов оборудование рассчитывают на температуру наружного воздуха до 40 °С, для районов 
с умеренным климатом – до 32 °С.

Холодильные агрегаты устанавливают как в контуре охлаждае
мого оборудования, так и вне контура. В первом случае всю холодильную машину (агрегат, испаритель, приборы автоматики и соединительные трубопроводы) монтируют на заводе-изготовителе. Отдельные агрегаты обычно выносят за пределы торгового зала и присоединяют их индивидуально к каждому объекту либо ставят один более 
мощный агрегат на несколько объектов (централизованное хладоснабжение). Вынесение агрегатов позволяет снизить шум и тепловыделения в торговом зале и создает больше удобств для обслуживания и 
ремонта агрегатов. 

При объединении объектов с одинаковыми температурами, теп
ловыми нагрузками температуру в объектах обычно регулируют пуском и остановкой компрессора. При объединении оборудования с различными температурами и тепловыми нагрузками температуру регулируют в каждом объекте при помощи средств автоматизации.

Витрины предназначены для продажи продуктов питания в 

охлажденном виде: холодильные среднетемпературные витрины для 
продажи колбас и сыров, морозильные витрины – для продажи замороженных полуфабрикатов. Витрина может быть как одноярусной (состоит из одной демонстрационной полки), так и многоярусной (на 
стойках располагаются несколько демонстрационных полок для размещения товара) (рис. 1.2). 

Рис. 1.2. Общий вид холодильной витрины

На рис. 1.3 изображена витрина типа ВН-С. Витрина предназна
чена для магазинов самообслуживания и снабжена вынесенным холодильным агрегатом типа ФАК. В охлаждаемом объекте витрины поддерживается температура в диапазоне −13…−15 °С. 

Конструкция витрины каркасно-сборная (рис. 1.3а). Ограждения 

охлаждаемого объема заполнены теплоизоляционным материалом. 
Охлаждаемый объем витрины приподнят над неохлаждаемым объемом, в котором размещаются регенеративный теплообменник, терморегулирующий вентиль, трубопроводы и электрооборудование.

Рис. 1.3 Витрина холодильная ВН-С:

а – разрез: 1 – каркас; 2 – фреоновый теплообменник; 

3 – теплоизоляция; 4, 5 – испарители; 6 – лампа освещения; 

7 – раздвижная дверь; 8 – термометр; 9 – корзина; 10 – тройник; 
11 – терморегулирующий вентиль; б – схема холодильной машины: 
1 – теплообменник; 2 – испаритель боковой; 3 – испаритель задний; 

4 – испарители средние; 5 – тройник; 6 – терморегулирующий 

вентиль; 7 – холодильный агрегат ФАК – 1,5

Отдельную группу представляют собой кондитерские холодиль
ные витрины. Их принципиальное отличие от других холодильных 

витрин заключается в большом количестве прозрачных полок. Это 
обусловлено необходимостью в большой площади выкладки, которая 
используется для демонстрации большого количества кондитерских 
изделий. В данном типе витрин используется исключительно естественная циркуляция воздуха, так как принудительная может привести 
к заветриванию товара.

Внутри охлаждаемого объема располагаются шесть испарите
лей: два испарителя змеевикового типа – вдоль охлаждаемого объема 
у задней стенки, два кассетных испарителя – у боковых стенок, и два 
кассетных испарителя – поперек охлаждаемого объема, на равном 
удалении друг от друга и от боковых испарителей, образуя три равных 
по величине отсека охлаждаемого объема.

В охлаждаемом объеме установлен термометр. С другими узла
ми холодильной машины испарители соединяются медными трубопроводами, которые проходят через отверстия в теплоизолированном 
дне охлаждаемого объема со специальными резиновыми уплотнениями. Для отвода конденсата из охлаждаемого объема при оттаивании 
испарителей имеется сливной трубопровод.

Схема холодильной машины витрины приведена на рис. 1.3б. 

Она включает в себя холодильный агрегат ФАК – 1,5 холодопроизводительностью 1,75 кВт, регенеративный теплообменник типа «труба в 
трубе», терморегулирующий вентиль, испарители, включенные в две 
линии. Заданная температура поддерживается в охлаждаемом объеме 
витрины при помощи реле давления РД-1, осуществляющего периодическое включение и выключение холодильного агрегата по давлению 
кипения в испарителе.

Холодильные шкафы – это вертикальные среднетемпературные 

охлаждаемые шкафы для хранения и демонстрации продуктов и 
напитков. Для демонстрационных залов используются шкафы со стеклянной дверью, для производственных помещений могут использоваться глухие металлические двери. Холодильный шкаф содержит несколько съемных полок, количество которых зависит от необходимости и габаритов товаров (рис. 1.4).

На рис. 1.5 изображен шкаф холодильный ШХ-0,4 М. Толщина 

изоляции боковых и верхнего ограждений составляет 100 мм, дна и 
двери 80 мм. В шкафу установлены: ребристотрубный испаритель, 
поддон для сбора конденсата, терморегулятор.